PERANCANGAN KONTAINER LIMBAH REFLEKTOR PADA PROGRAM DEKOMISIONING REAKTOR RISET TRIGA MARK II BANDUNG

Transkripsi

1 PERANCANGAN KONTAINER LIMBAH REFLEKTOR PADA PROGRAM DEKOMISIONING REAKTOR RISET TRIGA MARK II BANDUNG Suwardiyono*) ABSTRAK PERANCANGAN KONTAINER LIMBAH REFLEKTOR PADA PROGRAM DEKOMISIONING REAKTOR RISET TRIGA MARK II BANDUNG. Telah dilakukan perancangan kontainer limbah reflektor pada program dekomisioning reaktor riset Triga Mark II Bandung. Kontainer ini dirancang untuk mengatasi pengelolaan limbah reflektor dengan cepat, aman dan lebih murah untuk spesifikasi limbah reflektor berat 1000 kg, paparan radiasi 37 Rem/jam. Hasil rancangan kontainer terdiri dari beton bertulang/concrete K-350 dengan tebal 180 mm dibungkus/dijaketi plat baja karbon tebal 12 mm dan plat baja karbon tebal 8 mm. Lapisan kedua adalah timah hitam tebal 42 mm dibungkus/dijaketi plat baja karbon tebal 8 mm. Ukuran kontainer diameter luar (OD) mm diameter dalam (ID) mm, tinggi (H) mm dan volume isi kontainer 1,73 m 3. Kontainer kosong beratnya sekitar kg dan ditambah dengan limbah reflektor dengan berat sekitar kg, sehingga berat total adalah kg. Kata kunci: limbah reflektor, triga mark II, dekomisioning ABSTRACT DESIGN OF CONTAINER FOR REFLECTOR WASTE TO DECOMMISSIONING PROGRAM OF TRIGA MARK II RESEARCH REACTOR BANDUNG. The container for reflector waste to decommissioning program of Bandung Triga Mark II research reactor was designed. This design of container for handling of reflector waste management with rapidly, safely and cheaper for specification of 1000 kg reflector weight, 37Rem/hr of radiation exposure. The result of this design is consist of K-350 concrete with 180 mm of thickness and covered/jacketed by carbon steel plate of 12 mm thickness and carbon steel plate of 8 mm thickness. The second layer is lead of 42 mm thickness and covered/jacketed of carbon steel plate 8 mm thickness. The container dimension are outside diameter (OD) of 1,750 mm, inside diameter (ID) of 1,250 mm, height (H) of 1,906 mm and container volume content is 1.73 m 3. The weight of empty container is about 12,520 kg and with addition of weight of reflector waste weight about 1,000 kg, and the total of weight about 13,520 kg. Key words: reflector waste, triga mark II, decommissioning PENDAHULUAN Salah satu reaktor riset yang dimiliki oleh Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) terletak di Kota Bandung, propinsi Jawa Barat. Reaktor riset Bandung ini adalah tipe TRIGA MARK II, dimana pada tahun beroperasi pada daya 250 kw, tahun up-grading pada daya 1 MW dan pada tahun 2000 di upgrade kembali pada daya 2 MW sampai dengan sekarang. Umur reaktor ini sudah 44 tahun lebih, cukup tua untuk ukuran reaktor riset, maka sudah selayaknya jika dilakukan dekomisioning. Jika BATAN memutuskan untuk mendekomisioning reaktor riset tersebut, maka dari hasil pekerjaan dismantling komponen internal reaktor akan timbul limbah radioaktif yang perlu dikelola dengan baik. Para pekerja dan lingkungan harus tetap aman atau tidak menerima paparan radiasi yang berlebihan. Reflektor merupakan salah satu komponen yang memerlukan penanganan secara khusus karena disamping ukurannya cukup besar, paparan radiasinya cukup tinggi dan bentuknya sangat spesial, dimana di dalam reflektor tersebut terdapat grafit yang di bungkus dengan alumunium, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Pengalaman pada up-grading reaktor riset Triga Mark II Bandung pada tahun dari 1MW menjadi 2 MW, ditemukan bahwa setelah *) Pusat Rekayasa Perangkat Nuklir BATAN 181

2 bahan bakar di keluarkan dari dalam teras reaktor, paparan radiasi permukaan reflektor terukur 66 Rem/jam, tetapi setelah dikeluarkan dari dalam tangki reaktor paparan radiasi permukaan reflektor terukur 37 Rem/jam[1]. Dalam pekerjaan handling, pekerja tidak boleh terlalu lama, maka diperlukan kontainer yang dapat menampung limbah reflektor secara utuh, dapat masuk dengan cepat dan dapat menahan paparan radiasi secara aman. Jika limbah reflektor akan dipotong-potong, maka memerlukan peralatan yang khusus dan akan menimbulkan berbagai limbah sekunder, sehingga biaya akan lebih mahal. Kontainer tersebut akan memudahkan pekerjaan dismantling, karena ketika limbah reflektor dikeluarkan dari dalam reaktor dapat langsung dimasukkan ke dalam kontainer, selanjutnya kontainer ditutup rapat, sehingga akan aman bagi para pekerja saat operasi dan pengangkutan, sekaligus sebagai wadah di dalam penyimpanan sementara, karena paparan radiasi di permukaan kontainer sudah dirancang aman pada kondisi yang terkontrol [2]. DASAR PERANCANGAN Bahan: 1. Reflektor bekas reaktor riset Triga Mark II Bandung adalah terbuat dari bahan garfit dan aluminium sebagai pembungkus/jaket pada bagian luar, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1. Ukuran reflektor secara umum, berdiameter luar (ID) adalah 1.162,05 mm dan tinggi (H) adalah 1.352,25 mm, dimana ukuran reflektor ini harus diperhitungkan agar bisa masuk ke dalam kontainer. Berdasarkan data yang diperoleh pada waktu up-grading daya 1 MW menjadi 2 MW setelah bahan bakar dikeluarkan paparan radiasi permukaan reflektor terukur 66 Rem/jam, kemudian setelah dikeluarkan dari dalam tangki reaktor paparan radiasi permukaan reflektor terukur menjadi 37 Rem/jam. Oleh karena itu paparan radiasi akhir saat reflektor dikeluarkan dari tangki reaktor yang digunakan sebagai acuan di dalam perancangan kontainer ini. 2. Plat baja karbon, tebal 12mm dan 8 mm 3. Besi beton eizer ø 12 mm 4. Baja karbon pejal ø 80 mm 5. Timah hitam (Pb) METODE PERANCANGAN Limbah reflektor yang sudah dikeluarkan dari tangki reaktor harus sudah dalam keadaan bersih dari rak bahan bakar, lasysuzan, grid, tabung pengarah dan lainlain. Hal ini secara otomatis akan dilakukan sesuai dengan konstruksinya, yaitu dari bagian-bagian tersebut di atas akan dikeluarkan terlebih dahulu, selanjutnya reflektor dapat dikeluarkan dari tangki reaktor. Ukuran reflektor tersebut di atas akan digunakan sebagai dasar perancangan ruangan bagian dalam kontainer agar reflektor bisa masuk, maka dari itu diameter dan kedalaman kontainer harus dibuat lebih besar dari ukuran volume reflektor dengan perhitungan sebagai berikut : Perhitungan tebal dinding kontainer dapat dihitung menggunakan rumus perisai radiasi sebagai berikut[3] : I = Io Exp. µx. (1) Keterangan: I = intensitas radiasi pada kondisi setelah ada perisai Io = intensitas radiasi pada kondisi sebelum ada perisai µ = koefisien serap linier radiasi bahan perisai ( lihat Tabel 1) X = tebal perisai radiasi (cm) 182

3 Gambar 1. Reflektor tamapak atas dan samping Tabel 1. Koefisien serap linier radiasi bahan perisai. No. Bahan Energi (MeV) µ cm -1 ) Bahan Energi (MeV) µ (cm -1 ) 1 0,102 60,20 0,15 0,36 2 0,128 33,60 0,20 0,33 3 0,170 16,50 0,30 0,286 4 Timbal (Pb) 0,255 6,32 Beton 0,40 0,254 5 ρ = 11,34 0,340 3,40 (concrete) 0,50 0,234 6 (g/cm 3 ) 0,409 2,43 ρ = 2,40 0,60 0, ,511 1,65 (g/cm 3 ) 0,80 0, ,681 1,16 1,00 0, ,022 0,772 1,50 0, ,362 0,624 2,00 0, ,533 0, ,043 0,

4 Diketahui : Kontainer ini dirancang untuk bungkusan kategori III-kuning, tingkat paparan radiasi permukaan bungkusan lebih dari 0,5 msv/jam (50 mrem/jam) tetapi tidak lebih dari 2 msv/jam (200 mrem/jam) [1]. Oleh karena itu dapat ditentukan beberapa parameter sebagai berikut: Io = 37 rem/jam = mrem/jam (paparan radiasi reflektor bekas setelah dikeluarkan dari tangki reaktor ) I = 200 mrem/jam (regulasi) µ = 0,138 cm -1 (dari Tabel 1, pada Energi 1,50 MeV untuk perisai dari bahan beton/concrete) I = Io Exp - µ X. 200 = Exp. 0,138 X ln 37000/200 = 0,138 X X = ln 185/0,138 X = 37, cm ~ X = 38 cm = 380 mm (concrete). Untuk mengurangi agar ukuran kontainer tidak terlalu besar, maka kontainer dibuat dari bahan beton dan Pb. Tebal beton/concrete dibuat 18 cm, sehingga diperlukan ketebalan Pb.= [(X 18) x (ρ beton / ρ Pb.)] = [( 38 cm 18 cm) x (2,4 : 11,34)] = 4,225 cm Kontruksi kontainer adalah beton/concrete dibungkus/jaket plat baja karbon tebal 12 mm sekaligus sebagai begesting untuk pengecoran dan pada bagian dalam kontainer dilapisi dengan coran timah hitam(pb), tebal 42 mm dibungkus/jaket plat baja tebal 8 mm. Jadi total tebal dinding kontainer dari bahan beton dan timah hitam adalah: [( 18 cm cm) + 0,8 cm + 0,8 cm + 1,2 cm)] = 25 cm = 250 mm. Perhitungan besi tempat dudukan kait crane atau kawat baja untuk mengangkat kontainer dapat dilihat dari besarnya defleksi/pelenturannya dengan rumus sebagai berikut[4] : Defleksi/pelenturan : f = p l 3 / 3 E I. (2) Keterangan: f = defleksi/pelenturan ( mm) p = beban yang diangkat (kg) (kontainer ini dipasang tempat kait sebanyak 4 buah) l = panjang dudukan kait pengangkat (mm) E = modulus kekenyalan, baja st-52, maka E = kg/mm 2 I = momem inersia I = D 4 /20 (mm 4 ) (3) D = diameter baja pejal dudukan pengait pengangkat (mm) Defleksi dapat dihitung dengan melihat spesifikasi dan ukuran-ukuran kontainer yang ditunjukkan pada Gambar 2. Diketahui: Diameter poros untuk dudukan kait pengangkat (D) = 80 mm Beban yang harus diangkat oleh 4 buah dudukan kait pengangkat adalah berat kontainer ditambah isi limbah reflektor yaitu kg, maka beban (p) = kg /4 = kg (perhitungan berat kontainer kosong secara garis besar dapat dijelaskan dengan perhitungan dibawah, sedangkan berat limbah reflektor berdasarkan keterangan dari pengguna PTNBR-Bandung adalah kg). Panjang dudukan kait pengangkat (l) = 120 mm, terlihat pada Gambar 2. I = D 4 /20 = (80) 4 / 20 = mm 4 f = p l 3 / 3 E I = [( kg : 4) x (120) 3 / (3 x x )] = [3.380 x / ] = / = 0,045 mm Defleksi yang terjadi adalah sebesar 0,045 mm ini sangat kecil sekali, berarti baja karbon pejal st-52, ø 80 mm, panjang 120 mm yang dipasang pada kontainer pada 4 posisi sangat aman. Perhitungan berat kontainer kosong sebelum diisi limbah reflektor digunakan rumus sebagai berikut: Berat material yang berbentuk silider (m) : m = Π OD h t ρ (ton) (4) m = berat material (ton) Π = 3,14 OD = diameter luar silinder (meter) h = tinggi silinder (meter) t = tebal plat ( meter) ρ = berat jenis material (ton/m 3 ) 184

5 Perhitungan berat untuk bagian kontainer yang berbentuk bulat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut: m = Π/4 D 2 t ρ (ton) (5) m = berat material (ton) Π = 3,14 D = diameter lingkaran (meter) t = tebal plat ( meter) ρ = berat jenis material (ton/m 3 ) Perhitungan berat besi beton dapat digunakan rumus sebagai berikut : m = Π/4 D 2 l ρ (ton) (6) m = berat material (ton) Π = 3,14 D = diameter besi beton (meter) l = panjang besi beton ( meter) ρ = berat jenis besi beton (ton/m 3 ) Perhitungan berat jaket plat baja karbon tebal 12 mm dan tebal 8 mm dengan ukuran-ukuran kontainer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2., dimana ρ baja = 7,8 ton/m 3 dengan kedua rumus di atas maka dapat dihitung: M plat baja = 2,635 ton = kg m besi beton = 0,215 ton = 215 kg (besi beton ø 10 mm) Perhitungan berat perisai dari bahan conrete/beton seperti yang terlihat pada Gambar 2., dimana ρ beton = 2,40 ton/m 3 dengan menggunakan kedua rumus di atas maka dapat dihitung: M concrete = 5,920 ton = kg Perhitungan berat perisai dari bahan timah hitam/lead seoerti yang terlihat pada Gambar 2., dimana ρ beton = 11,34 ton/m 3 maka dengan menggunakan kedua rumus di atas dapat dihitung: m lead = 3,750 ton = kg Berat total kontainer kosong = m plat baja + m besi beton + m conrete + m lead = 2,635 ton + 0,215 ton + 5,920 ton + 3,750 = 12,520 ton = kg Berat limbah reflektor sekitar 1000 kg, jadi berat kontainer dengan isi limbah reflektor = 13,520 ton = kg. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil rancangan kontainer ini dapat diperlihatkan pada Tabel 2 dan Gambar 2. Kontainer dirancang untuk bungkusan kategori III-kuning, yaitu: tingkat paparan radiasi di permukaan bungkusan lebih dari 0.5 msv/jam (50 mrem/jam) tetapi tidak lebih dari 2 msv/jam (200 mrem/jam). Maka ditentukan paparan radiasi permukaan kontainer harus 2 msv/jam (200 mrem/jam). Dari beberapa perhitungan di atas dapat ditentukan ukuran utama kontainer sebagai berikut : Tabel 2. Ukuran dan spesifikasi kontainer Tipe kontainer Jumlah (buah) A 1 Ukuran kontainer (mm) Tebal dinding (mm) Volume kontainer (m 3 ) OD = ID = H = ,73 Regulasi : 1. Paparan radiasi permukaan kontainer pada jarak kontak 200 mrem/jam 2. Paparan radiasi kontainer pada jarak 1 meter 100 mrem/jam Dudukan kait pengangkat Baja karbon st-52, ø 80 mm dan panjang 120 mm 185

6 Gambar 2. Hasil Rancangan Kontainer untuk Limbah Reflektor Diameter dalam kontainer (ID) = diametrer luar reflektor + jarak kelonggaran kiri-kanan, maka (ID) = 1162,05 mm + 2(43,975) mm = mm Diameter luar kontainer adalah (OD) = ID kontaner + tebal perisai/dinding kontainer kiri-kanan, maka (OD) = mm + 2(250) mm = mm Tinggi kontainer (H) = tinggi refektor + tebal perisai/dinding kontainer atas-bawah + jarak limbah reflektor dengan tutup atas, maka (H) = 1362,25 mm + 2(250) mm + 43,75 mm = mm Kontainer ini dirancang berbentuk silindris karena bentuknya lebih kompak, kokoh dan lebih kuat, sehingga tebal dinding kontainer betul-betul merata jika dibandingkan dengan bentuk kotak/kubus. Konstruksi kontainer dibuat dua lapis, lapis pertama dari bahan conrete/beton bertulang K-350 dengan tulangan baja karbon ø 10 mm dianyam/mesh dengan jarak 100 mm rangkap dua/double, kemudian di beri jaket dengan plat baja tebal 12 mm untuk jaket silindris, tutup atas- bawah bagian paling luar, dan plat baja karbon tebal 8 mm untuk semua bagian yang terletak pada bagian dalam seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Plat baja ini sekaligus sebagai begesting pengecoran agar dapat dilakukan pengecoran ditempat dan juga berfungsi sebagai penguat. Lapisan kedua bagian dalam setelah concrete dengan bahan timah hitam tebal 42 mm yang diberi jaket plat baja karbon tebal 8 mm sekaligus sebagai 186

7 jaket/begesting pengecoran. Teknik pengecoran langsung ini akan lebih murah jika dibandingkan dengan pembuatan lead brick yang harus dicor dan kemudian dikerjakan dengan mesin bubut/frais yang memerlukan waktu lama. Tujuan dibuat dua lapisan concrete dan timah hitam ini agar diameter kontainer tidak terlalu besar dan juga tebal dinding kontainer dapat diperkecil/lebih tipis. Tutup kontainer juga dibuat dua lapis pada bagian bawah lapisan timah hitam tebal 42 mm dan bagian atas concrete tebal 180 mm dengan jaket plat baja karbon tebal 12 mm. Kontainer ini dirancang bahwa ketebalan di segala sisi dinding harus sama agar paparan radiasi pada permukaan kontainer dapat merata sesuai dengan yang dirancang agar tidak lebih dari 2 msv/jam (200 mrem/jam). Tempat dudukan kait pengangkat kontainer dipasang 4 buah menggunakan baja pejal st-52, diameter 80 mm dan panjang dari dinding luar kontainer 120 mm. Dudukan kait pengangkat kontainer ini dibuat 4 buah agar pada waktu mengangkat dapat seimbang. Berat kosong kontainer sekitar kg ditambah berat limbah reflektor sekitar kg, sehingga berat kontainer isi limbah reflektor adalah kg. Berat ini masih ringan untuk diangkat dengan crane mobile dengan kapasitas angkat 25 ton dan untuk pengangkutan menggunakan dumtruck/trailler yang mampu mengangkut sekitar ton. KESIMPULAN Kontainer ini dirancang untuk mengatasi pengelolaan limbah reflektor dengan cepat, aman dan lebih murah. Hasil rancangan kontainer terbuat dari bahan beton bertulang/concrete K-350, tebal 180 mm dibungkus/jaket dengan plat baja karbon tebal 12 mm dan plat baja karbon tebal 8 mm. Setelah concrete lapisan kedua bagian dalam kontainer adalah timah hitam dengan tebal 42 mm dibungkus/jaket dengan plat baja karbon tebal 8 mm. Ukuran utama kontainer terdiri dari diameter luar (OD) mm diameter dalam (ID) 1,250 mm, tinggi (H) mm dan volume dalam/isi kontainer adalah 1,73 m 3. Kontainer kosong beratnya sekitar kg dan ditambah dengan limbah reflektor beratnya sekitar kg, sehingga berat total sekitar kg. DAFTAR PUSTAKA 1. YAZID. P. I, Pembongkaran Teras Reaktor Triga Mark II 1 MW. Bandung. 2. Proceedings Seminar Sains dan Teknologi Nuklir PPTN Bandung, IAEA., Decommissioning Techniques for Research Reactors, Tehnical Reports Series No. 373, Viena, Besar Winarno, Kursus Teknik Radiografi Tingkat II, PUSDIKLAT BATAN, Jakarta, Juli Mohd. Taib Sutan Sati, Soetomo Wongso Tjitro, Buku Polyteknik, Sumur Bandung, Tahun

8 188